FR3064666A1 - Transformateur d'impulsion pour forage par electroconcassage en fond de puits - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système de forage de fond de puits. Le système de forage de fond de puits peut comprendre un circuit générant des impulsions électriquement couplé à une source d'énergie configurée pour fournir un courant alternatif à une fréquence et une tension d'entrée, le circuit générant des impulsions comprenant un circuit d'étage d'entrée électriquement couplé à la source d'énergie, le circuit d'étage d'entrée étant configuré pour réguler le courant alternatif dans le circuit générant des impulsions ; un circuit de transformateur électriquement couplé au circuit d'étage d'entrée, le circuit de transformateur comprenant un transformateur à fuites configuré pour générer une tension de sortie supérieure à la tension d'entrée ; et un circuit d'étage de sortie électriquement couplé au circuit de transformateur, le circuit d'étage de sortie étant configuré pour stocker de l'énergie pour une impulsion électrique ; et un trépan de forage comprenant une première électrode et une seconde électrode électriquement couplées au circuit d'étage de sortie pour recevoir l'impulsion électrique provenant du circuit générant des impulsions.

Description

TRANSFORMATEUR D’IMPULSION POUR FORAGE PAR ÉLECTROCONCASSAGE EN FOND DE PUITS

DOMAINE TECHNIQUE

La présente divulgation concerne, d’une manière générale, le forage par électroconcassage en fond de puits et, plus particulièrement, des transformateurs impulsions pour forage par électroconcassage en fond de puits.

CONTEXTE DE L’INVENTION

Le forage par électroconcassage utilise une technologie faisant appel à une énergie pulsée pour forer un puits de forage dans une formation rocheuse. La technologie faisant appel à une énergie pulsée applique à plusieurs reprises un potentiel électrique élevé à travers les électrodes d’un trépan de forage par électroconcassage, ce qui entraîne finalement la fracturation de la roche environnante. La roche fracturée est transportée à partir du trépan par un fluide de forage et le î 5 trépan avance en fond de puits.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

Pour une compréhension plus complète de la présente divulgation et de ses caractéristiques et avantages, il est maintenant fait référence à la description suivante, prise conjointement avec les dessins annexés, sur lesquels :

la FIGURE 1 est une vue en élévation d’un exemple de système de forage par électroconcassage de fond de puits utilisé dans un environnement de puits de forage ;

la FIGURE 2A est une vue en perspective d’exemples de composants d’un ensemble de fonds de trou pour un système de forage par électroconcassage de fond de puits ;

la FIGURE 2B est une vue en perspective d’exemples de composants d’un ensemble de 25 fonds de trou pour un système de forage par électroconcassage de fond de puits ;

la FIGURE 3 est un schéma d’un exemple de circuit générant des impulsions pour un système de forage par électroconcassage de fond de puits ;

la FIGURE 4A est une vue latérale en coupe transversale d’un exemple de circuit de transformateur pour un système de forage par électroconcassage de fond de puits ;

la FIGURE 4B est une vue éclatée d’un exemple de circuit de transformateur pour un système de forage par électroconcassage de fond de puits la FIGURE 5 est une vue de dessus en coupe transversale d’un exemple d’outil à énergie pulsée pour un système de forage par électroconcassage de fond de puits ; et fa FIGURE 6 est un schéma de procédé d’un exemple de procédé pour forer un puits de forage.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

Un forage par électroconcassage peut être utilisé pour former des puits de forage dans des formations rocheuses souterraines afin de récupérer des hydrocarbures, tels que du pétrole et du gaz, à partir de ces formations. Le forage par électroconcassage utilise une technologie faisant appel à une énergie pulsée pour fracturer à plusieurs reprises la formation rocheuse en délivrant à plusieurs reprises des impulsions électriques à haute énergie à la formation rocheuse. Dans certaines applications, certains composants d’un système à énergie pulsée peuvent être situés en fond de puits. Par exemple, un circuit générant des impulsions peut être situé dans un ensemble de fonds de trou (BHA) à proximité du trépan de forage par électroconcassage. Le circuit générant des impulsions peut comprendre un transformateur qui augmente une source d’énergie à basse tension en une sortie à haute tension qui est utilisée pour générer des impulsions électriques afin d’alimenter les électrodes d’un trépan de forage par électroconcassage. De plus, le circuit générant des impulsions peut être conçu pour résister à l’environnement difficile d’un système à énergie pulsée de fond de puits. Par exemple, le circuit générant des impulsions peut fonctionner sur une grande plage de températures (par exemple, allant d’environ 10 à 200 degrés centigrades), et peut résister physiquement aux vibrations et aux chocs mécaniques résultant de la fracturation de la roche pendant le forage par électroconcassage en fond de puits.

existe de nombreuses manières pour implémenter un circuit générant des impulsions dans un système à énergie pulsée pour électroconcassage en fond de puits. Par conséquent, les modes de réalisation de la présente divulgation et leurs avantages sont mieux compris en se référant aux FIGURES 1 à 6, sur lesquelles des numéros identiques sont utilisés pour indiquer des parties identiques et correspondantes.

La FIGURE 1 est une vue en élévation d’un exemple de système de forage par électroconcassage utilisé pour former un puits de forage dans une formation souterraine. Bien que la FIGURE 1 représente un équipement basé à terre, des outils de fond de puits incorporant les enseignements de la présente divulgation peuvent être utilisés de manière satisfaisante avec un équipement situé sur des plates-formes en mer, des navires de forage, des semi-submersibles, et des barges de forage (non expressément représentés sur la FIGURE 1). En outre, bien que le puits de forage 116 soit représenté sous la forme d’un puits de forage généralement vertical, le puits de forage 116 peut avoir n’importe quelle orientation, comme généralement horizontale, multilatérale, ou directionnelle.

Le système de forage 100 comprend une pJate-forme de forage 102 qui supporte un derrick 5 104 ayant une moufle mobile 106 servant à monter et à abaisser un train de forage 108. Le système de forage 100 comprend également une pompe 125, qui fait circuler un fluide de forage pour électroconcassage 122 à travers un tuyau d’alimentation jusqu’à une tige d’entraînement 110, qui à son tour achemine le fluide de forage pour électroconcassage 122 en fond de puits à travers les canaux internes d’un trépan de forage 108 et à travers un ou plusieurs orifices se trouvant dans le trépan de forage par électroconcassage 114. Le fluide de forage pour électroconcassage 122 revient ensuite vers la surface par un espace annulaire 126 formé entre le train de forage 108 et les parois latérales du puits de forage 116. Les parties fracturées de la formation sont transportées vers la surface par le fluide de forage pour électroconcassage 122 afin de retirer ces parties fracturées du puits de forage 116.

Le trépan de forage par électroconcassage 114 est attaché à l’extrémité distaie du train de forage 108. L’énergie fournie au trépan de forage par électroconcassage 114 peut provenir de la surface. Par exemple, le générateur 140 peut générer de l’énergie électrique et fournir cette énergie pour alimenter une unité de conditionnement 142. L’unité de conditionnement 142 peut ensuite transmettre une énergie électrique en fond de puits par l’intermédiaire d’un câble de surface 143 et d’un câble de subsurface (non expressément représenté sur la FIGURE 1) contenu à l’intérieur du train de forage 108 ou attaché sur le côté du train de forage 108. Un circuit générant des impulsions au sein du BHA 128 peut recevoir l’énergie électrique provenant de l’unité de conditionnement d’énergie 142, et peut générer des impulsions à haute énergie pour exciter le trépan de forage par électroconcassage 114. Le circuit générant des impulsions peut comprendre un transformateur à fuites multi-segmenté, comme décrit en détail ci-dessous en se référant aux FIGURES 3 à 6.

Le circuit générant des impulsions à l’intérieur du BHA 128 peut être utilisé pour appliquer à plusieurs reprises un potentiel électrique élevé, par exemple d’au moins 50 kilovolts (kV) ou entre approximativement 50 kV et 200 kV, à travers les électrodes du trépan de forage par électroconcassage 114. Chaque application de potentiel électrique est appelée impulsion. Quand le potentiel électrique à travers les électrodes du trépan de forage par électroconcassage 114 augmente suffisamment lors d’une impulsion pour générer un champ électrique suffisamment élevé, un arc électrique se forme à travers une formation rocheuse au fond du puits de forage 116. L’arc forme temporairement un couplage électrique entre les électrodes du trépan de forage par électroconcassage 114, ce qui permet à un courant électrique de passer à travers l’arc à l’intérieur d’une partie de la formation rocheuse au fond du puits de forage 116. L’arc augmente énormément la température et la pression de la partie de la formation rocheuse à travers laquelle l’arc passe et de la formation et des matériaux environnants. La température et la pression sont suffisamment élevées pour casser la roche en petits morceaux ou en déblais. Cette roche facturée est retirée, généralement par le fluide de forage pour électroconcassage 122, qui déplace la roche fracturée loin des électrodes et en haut de trou. Les termes « haut de puits » et « fond de puits » peuvent être utilisés pour décrire l’emplacement des divers composants du système de forage 100 par rapport au fond ou à l’extrémité du puits de forage 116 représenté sur la FIGURE L Par exemple, un premier composant décrit en haut de puits par rapport à un second composant peut être plus éloigné de l’extrémité du puits de forage 116 que le second composant. De manière similaire, un premier composant décrit en fond de puits par rapport à un second composant peut être situé plus proche de l’extrémité du puits de forage 116 que le second composant.

Quand un trépan de forage par électroconcassage 114 fracture à plusieurs reprises la formation rocheuse et qu’un fluide de forage pour électroconcassage 122 déplace la roche fracturée en haut de puits, un puits de forage 116, qui pénètre diverses formations rocheuses souterraines 118, est créé. Le puits de forage 116 peut être n’importe quel trou foré dans une formation souterraine ou une série de formations souterraines à des fins d’exploration ou d’extraction de ressources naturelles telles que, par exemple, des hydrocarbures, ou pour injecter des fluides tels que, par exemple, de l’eau, des eaux usées, de la saumure, ou de l’eau mélangée avec d’autres fluides. En outre, le puits de forage 116 peut être n’importe quel trou foré dans une formation souterraine ou une série de formations souterraines à des fins de génération d’énergie géothermique.

Bien qu’il soit décrit dans le présent document que le système de forage 100 utilise un trépan de forage par électroconcassage 114, le système de forage 100 peut également utiliser un trépan de forage électrohydraulique. Un trépan de forage électrohydraulique peut avoir une ou plusieurs électrodes et configurations d’espacement d’électrode similaires à celles du trépan de forage par électroconcassage 114. Mais, au lieu de générer un arc à l’intérieur de la roche, un trépan de forage électrohydraulique applique un grand potentiel électrique à travers les une ou plusieurs électrodes et la couronne de masse pour former un arc à travers le puits de forage à proximité du fond du puits de forage 116. La température élevée de l’arc vaporise la partie du fluide entourant immédiatement l’arc, ce qui génère à son tour une onde de choc à haute énergie dans le fluide restant. Les une ou plusieurs électrodes du trépan de forage électrohydraulique peuvent être orientées de façon que l’onde de choc généré par l’arc soit transmise vers le fond du puits de forage 116. Quand l’onde de choc frappe et rebondit sur la roche au fond du puits de forage 116, la roche se fracture. Par conséquent, le système de forage 100 peut utiliser une technologie faisant appel à une énergie pulsée avec un trépan de forage électrohydraulique pour forer un puits de forage 116 dans une formation souterraine 118 comme avec le trépan de forage par électroconcassage 114.

La FIGURE 2A est une vue en perspective d’exemples de composants de l’ensemble de fonds de trou pour un système de forage par électroconcassage de fond de puits 100. Le BHA 128 peut comprendre un outil à énergie pulsée 230. Le BHA 128 peut également comprendre un trépan de forage par électroconcassage 114. Dans le cadre de la présente divulgation, le trépan de forage par électroconcassage 114 peut être intégré à l’intérieur du BHA 128, ou peut être un composant séparé qui est couplé au BHA 128.

L’outil à énergie pulsée 230 peut fournir une énergie électrique pulsée au trépan de forage par électroconcassage 114. L’outil à énergie pulsée 230 reçoit une énergie électrique provenant d’une source d’énergie par l’intermédiaire d’un câble 220. Par exemple, l’outil à énergie pulsée 230 peut recevoir une énergie électrique par l’intermédiaire du câble 220 provenant d’une source d’énergie située à la surface comme décrit ci-dessus en se référant à la FIGURE 1, ou provenant d’une source d’énergie située en fond de puits, telle qu’un générateur alimenté par une turbine à boue. L’outil à énergie pulsée 230 peut également recevoir une énergie électrique par l’intermédiaire d’une combinaison d’une source d’énergie située à la surface et d’une source d’énergie située en fond de puits. L’outil à énergie pulsée 230 convertit l’énergie électrique reçue depuis la source d’énergie en impulsions électriques à haute énergie qui sont appliquées à travers les électrodes 208 et la couronne de masse 250 du trépan de forage par électroconcassage 114. L’outil à énergie pulsée 230 peut également appliquer des impulsions électriques à haute énergie à travers l’électrode 210 et la couronne de masse 250 d’une manière similaire à celle décrite dans le présent document pour l’électrode 208 et la couronne de masse 250. Pour générer des impulsions électriques à haute énergie, l’outil à énergie pulsée 230 peut comprendre un circuit générant des impulsions comme décrit ci-dessous en se référant à la FIGURE 3.

En se référant à la FIGURE 1 et à la FIGURE 2A, le fluide de forage pour électroconcassage 122 peut sortir du train de forage 108 par les ouvertures 209 entourant chaque électrode 208 et chaque électrode 210. L’écoulement du fluide de forage pour électroconcassage 122 hors des ouvertures 209 permet aux électrodes 208 et 210 d’être isolées par le fluide de forage pour électroconcassage. Le trépan de forage par électroconcassage 114 peut comprendre un isolant solide (non expressément représenté sur les FIGURES 1 ou 2A) entourant les électrodes 208 et 210 et un ou plusieurs orifices (non expressément représentés sur les FIGURES 1 ou 2A) sur la face du trépan de forage par électroconcassage 114 à travers lesquels le fluide de forage pour électroconcassage 122 sort du train de forage 108. Ces orifices peuvent être de simples trous, ou ils peuvent être des buses ou d’autres éléments mis en forme. Comme des particules fines ne sont généralement pas générées lors d’un forage par électroconcassage, par opposition au forage mécanique, le fluide de forage pour électroconcassage 122 n’a pas besoin de sortir du trépan de forage à une pression aussi élevée que celle du fluide de forage lors d’un forage mécanique. Par conséquent, des buses et d’autres éléments utilisés pour augmenter la pression du fluide de forage peuvent ne pas être nécessaires. Cependant, des buses ou d’autres éléments pour augmenter la pression du fluide de forage pour électroconcassage 122 ou pour diriger le fluide de forage pour électroconcassage peuvent être inclus pour certaines utilisations.

Le fluide de forage pour électroconcassage 122 est généralement mis en circulation à travers le système de forage 100 à un débit suffisant pour retirer la roche fracturée au voisinage du trépan de forage par électroconcassage 114. En outre, le fluide de forage pour électroconcassage 122 peut être sous une pression suffisante à un emplacement dans le puits de forage 116, en particulier un emplacement proche d’un hydrocarbure, d’un gaz, d’une eau, ou d’un autre gisement, pour empêcher une éruption.

De plus, le trépan de forage par électroconcassage 114 peut comprendre une couronne de masse 250, représentée en partie sur la FIGURE 2A. La couronne de masse 250 peut jouer le rôle d’une électrode. Bien qu’elle soit illustrée sous la forme d’une couronne contiguë sur la FIGURE 2A, la couronne de masse 250 peut être des électrodes discrètes non contiguës et/ou implémentée sous des formes différentes. Les électrodes 208 et 210 peuvent être séparées d’au moins 0,4 pouce (c’est-à-dire, au moins approximativement 10 millimètres) de la couronne de masse 250 à leur espacement le plus proche, d’au moins 1 pouce (c’est-à-dire, au moins approximativement 25 millimètres) à leur espacement le plus proche, d’au moins 1,5 pouce (c’est-à-dire, au moins approximativement 38 millimètres) à leur espacement le plus proche, ou d’au moins 2 pouces (c’est-à-dire, au moins approximativement 51 millimètres) à leur espacement le plus proche. Si le système de forage 100 rencontre des bulles de vaporisation dans le fluide de forage pour électroconcassage 122 à proximité du trépan de forage par électroconcassage 114, les bulles de vaporisation peuvent avoir des effets délétères. Par exemple, des bulles de vaporisation à proximité des électrodes 208 ou 210 peuvent entraver la formation de l’arc dans la roche. Le fluide de forage pour électroconcassage 122 peut être mis en circulation à un débit également suffisant pour éliminer les bulles de vaporisation au voisinage du trépan de forage par électroconcassage 114. Bien que tous les trépans de forage par électroconcassage 114 n’aient pas de couronne de masse

250, si elle est présente, elle peut contenir des passages 260 pour permettre l’écoulement du fluide de forage pour électroconcassage 122 avec n’importe quelle roche fracturée ou bulle loin des électrodes 208 et 210 et en haut de puits.

La FIGURE 2B est une autre vue en perspective d’exemples de composants d’un ensemble de fonds de trou pour un système de forage par électroconcassage de fond de puits 100. Le BHA

128 et l’outil à énergie pulsée 230 peuvent comprendre les mêmes éléments et fonctionnalités que ceux mentionnés ci-dessus sur la FIGURE 2A. Par exemple, le fluide de forage pour électroconcassage 122 peut sortir du train de forage 108 par l’intermédiaire d’une ouverture 213 entourant l’électrode 212. L’écoulement du fluide de forage pour électroconcassage 122 hors de l’ouverture 213 permet à l’électrode 212 d’être isolées par le fluide de forage pour électroconcassage. Bien qu’une électrode 212 soit représentée sur la FIGURE 2B, le trépan de forage par électroconcassage 115 peut comprendre de multiples électrodes 212. Le trépan de forage par électroconcassage 115 peut comprendre un isolant solide 210 entourant l’électrode 212 et un ou plusieurs orifices (non expressément représentés sur les figures 2B) sur la face du trépan de forage par électroconcassage 115 à travers lesquels le fluide de forage pour électroconcassage 122 sort du train de forage 108. Des buses ou d’autres éléments pour augmenter la pression du fluide de forage pour électroconcassage 122 ou pour diriger le fluide de forage pour électroconcassage peuvent être inclus pour certaines utilisations. En outre, la forme de l’isolant solide 210 peut être sélectionnée pour améliorer l’écoulement du fluide de forage pour électroconcassage 122 autour des composants du trépan de forage par électroconcassage 115.

Le trépan de forage par électroconcassage 115 peut comprendre un corps de trépan 255, une électrode 212, une couronne de masse 250, et un isolant solide 210. L’électrode 212 peut être placée approximativement au centre du trépan de forage par électroconcassage 115. La distance entre l’électrode 212 et la couronne de masse 250 peut généralement être symétrique ou peut être asymétrique de façon que le champ électrique entourant le trépan de forage par électroconcassage ait une forme symétrique ou asymétrique. La distance entre l’électrode 212 et la couronne de masse 250 permet au fluide de forage pour électroconcassage 122 de s’écouler entre l’électrode 212 et la couronne de masse 250 pour éliminer les bulles de vaporisation de la zone de forage.

L’électrode 212 peut avoir n’importe quel diamètre approprié basé sur l’opération de forage. Par exemple, l’électrode 212 peut avoir un diamètre situé entre approximativement deux et dix pouces (c’est-à-dire, entre approximativement 51 et 254 millimètres). Le diamètre de l’électrode peut être basé sur le diamètre du trépan de forage par électroconcassage 115.

La couronne de masse 250 peut jouer le rôle d’une électrode et fournir un emplacement sur le trépan de forage par électroconcassage où un arc peut s’initier et/ou se terminer. La couronne de masse 250 fournit également un ou plusieurs orifices d’écoulement de fluide 260 pour que l’écoulement des fluides de forage pour électroconcassage à travers les orifices d’écoulement de fluide 260 porte la roche fracturée et les butles de vaporisation loin de la zone de forage.

La FIGURE 3 est un schéma d’un exemple de circuit générant des impulsions pour un système de forage par électroconcassage de fond de puits. Le circuit générant des impulsions 300 comprend une entrée de source d’énergie 302, un circuit d’étage d’entrée 304, un circuit de transformateur 306, et un circuit d’étage de sortie 308.

Tel que décrit ci-dessus en se référant aux FIGURES 2A et 2B, le circuit générant des impulsions 300 reçoit une énergie électrique provenant d’une source d’énergie située à la surface (par exemple, le générateur 140 décrit en se référant à la FIGURE 1) et/ou d’une source d’énergie située en fond de puits, telle qu’un générateur alimenté par une turbine à boue ou un alternateur. Par exemple, les bornes d’entrée 310 et 311 de l’entrée de source d’énergie 302 peuvent recevoir un courant alternatif d’entrée provenant d’une source d’énergie à basse tension (par exemple, une tension crête entre approximativement 1 kV et 15kV) par l’intermédiaire d’un câble, tel que le câble 220 décrit ci-dessus par rapport aux FIGURES 2A et 2B. Le circuit d’étage d’entrée 304 reçoit de l’énergie provenant de l’entrée de source d’énergie 302 et régule l’énergie fournie au circuit de transformateur 306. Le circuit de transformateur 306 transforme à son tour l’entrée à basse tension en sortie à haute tension qui est utilisée pour créer des impulsions électriques capables d’appliquer au moins 50 kV ou entre approximativement 50 kV et 200 kV avec un temps de montée d’approximativement 5 à 25 microsecondes à travers les électrodes 208 ou 210 et la couronne de masse 250 du trépan de forage par électroconcassage 114 illustré sur la FIGURE 2A ou l’électrode 212 et la couronne de masse 250 du trépan de forage par électroconcassage 115 illustré sur la FIGURE 2B. Comme décrit ci-dessus en se référant aux FIGURES 1 et 2, les impulsions électriques à haute énergie au niveau des électrodes 208, 210, et 212 sont utilisées pour forer le puits de forage 116 dans la formation souterraine 118.

Le circuit d’étage d’entrée 304 est excité électriquement par l’entrée de source d’énergie 302. Le circuit d’étage d’entrée 304 comprend un condensateur 312 et un circuit de commutation

314 électriquement couplés à l’entrée de source d’énergie 302. Un courant alternatif est appliqué aux bornes d’entrée 310 et 311 de l’entrée de source d’énergie 302 qui charge les plaques du condensateur 312 de sorte que le condensateur 312 stocke l’énergie provenant de l’entrée de source d’énergie 302. Le circuit de commutation 314 régule le passage du courant vers le circuit de transformateur 306. Le circuit de commutation 314 comprend n’importe quel dispositif pour ouvrir et fermer le trajet électrique entre le condensateur 312 et le circuit de transformateur 306. Par exemple, le circuit de commutation 314 peut comprendre un commutateur mécanique, un commutateur à l’état solide, un commutateur magnétique, un commutateur à gaz, ou n’importe quel autre type ou combinaison de commutateur (par exemple, un assemblage de commutateurs agencés en parallèle ou en série) approprié pour ouvrir et fermer le trajet électrique entre le condensateur 312 et la bobine d’induction 316. Quand le circuit de commutation 314 est fermé, un courant électrique passe depuis le condensateur 312 et/ou les bornes d’entrée 310 et 311 vers le circuit de transformateur 306. Par conséquent, le circuit de commutation 314 commande le timing des impulsions d’énergie fournies au côté entré du circuit de transformateur 306. Le courant fourni au côté entré du circuit de transformateur 306 peut être situé entre approximativement 4 kA et 40 kA. Le circuit d’étage d’entrée 304 peut comprendre un ou plusieurs composants supplémentaires (par exemple, un condensateur, une résistance, et/ou une bobine d’induction) en plus de ceux représentés sur la FIGURE 3 pour conditionner ou réguler l’énergie provenant de l’entrée de source d’énergie 302 avant qu’elle soit fournie au circuit de transformateur 306.

Le circuit de transformateur 306 comprend des enroulements primaires 316 et des enroulements secondaires 318 configurés sous la forme d’un transformateur d’augmentation de tension. Par exemple, les enroulements primaires 316, des enroulements électriquement couplés au circuit d’étage d’entrée 304 du côté entrée ou primaire, peuvent être enroulés autour du même noyau que les enroulements secondaires 318, des enroulements électriquement couplés à l’étage de sortie 308 du côté sortie ou secondaire, pour former un transformateur électrique. Le courant provenant du circuit d’étage d’entrée 304 passant à travers les enroulements primaires 316 crée un électromagnétisme qui induit un courant à travers les enroulements secondaires 318 du côté secondaire du circuit de transformateur 306. Comme décrit en détail ci-dessous par rapport aux FIGURES 4A et 4B, le circuit de transformateur 306 peut être un transformateur à fuites multisegmenté qui augmente la tension du côté secondaire du circuit générant des impulsions 300. Par exemple, le circuit de transformateur 306 peut transformer une basse tension (par exemple, d’approximativement 1 kV à 15 kV) provenant de l’entrée de source d’énergie 302 en une haute ίο tension d’au moins 50 kV ou située entre approximativement 50 kV et 200 kV, qui est capable de créer des impulsions électriques à haute énergie pour effectuer un forage par électroconcassage et/ou électrohydraulique. La conception multi-segmentée à noyau ouvert du circuit de transformateur 306 permet au circuit générant des impulsions 300 d’être intégré à l’intérieur d’un ensemble de fonds de puits (par exemple, le BHA 128 décrit ci-dessus par rapport aux FIGURES 1 et 2) et de générer des impulsions à haute énergie pour effectuer un forage par électroconcassage et/ou électrohydraulique avec le trépan de forage (par exemple, les trépans de forage 114 et 115 décrits ci-dessus par rapport aux FIGURES 2A et 2B).

Le circuit d’étage de sortie 308 stocke l’énergie provenant du circuit de transformateur 306 à appliquer aux électrodes d’un trépan de forage par électroconcassage et/ou électrohydraulique. Le condensateur 320 est couplé au circuit de transformateur 306 de manière à ce qu’il stocke l’énergie provenant de la tension accrue générée du côté secondaire ou sortie du circuit de transformateur 306. L’électrode 208 et la couronne de masse 250 sont couplées aux bornes opposées du condensateur 320 du circuit d’étage de sortie 308. Par conséquent, quand le potentiel électrique à travers le condensateur 320 augmente, le potentiel électrique à travers l’électrode 208 et la couronne de masse 250 augmente également. L’électrode 208 et la couronne de masse 250 font partie du trépan de forage par électroconcassage 114 décrit ci-dessus en se référant aux FIGURES 1 et 2A. Quand le potentiel électrique à travers, par exemple, l’électrode 208 et la couronne de masse 250 d’un trépan de forage par électroconcassage devient suffisamment élevé, un arc électrique se forme à travers une formation rocheuse qui est proche de l’électrode 208 et de la couronne de masse 250. L’arc fournit un court-circuit électrique temporaire entre l’électrode 208 et la couronne de masse 250, et permet donc à un courant électrique de passer à travers l’arc à l’intérieur d’une partie de la formation rocheuse au fond du puits de forage. Comme décrit ci-dessus en se référant à la FIGURE 1, l’arc augmente la température de la partie de la formation rocheuse à travers laquelle l’arc passe et de la formation et des matériaux environnants. La température est suffisamment élevée pour vaporiser l’eau ou d’autres fluides qui pourraient être touchés par l’arc ou être à proximité de l’arc et peut également vaporiser une partie de la roche elle-même. Le processus de vaporisation crée un gaz à haute pression qui se dilate et, à son tour, fracture la roche environnante.

Bien que la FIGURE 3 soit un schéma d’une topologie particulière de circuit générant des impulsions, des systèmes de forage par électroconcassage et/ou électrohydraulique et des outils à énergie pulsée peuvent utiliser n’importe quelle topologie appropriée de circuit générant des impulsions et appliquer des impulsions à haute énergie à l’électrode 208 et à la couronne de masse

250. Ces topologies de circuit générant des impulsions peuvent utiliser un transformateur d’augmentation de tension pour générer une haute tension qui est utilisée pour créer les impulsions électriques à haute énergie nécessaires pour un forage par électroconcassage et/ou électrohydraulique. Des éléments peuvent être ajoutés ou retirés par rapport au schéma illustré sur la FIGURE 3 sans s’écarter de la présente invention. Par exemple, des éléments supplémentaires peuvent être ajoutés au circuit d’étage d’entrée 304 pour conditionner l’énergie provenant de l’entrée de source d’énergie 302 avant qu’elle soit fournie au circuit de transformateur 306. Bien qu’une électrode 208 et qu’une couronne de masse 250 soient représentées sur la FIGURE 3, le circuit générant des impulsions 300 peut fournir des impulsions électriques à haute énergie à d’autre électrode, comme 208 ou 210 et la couronne de masse 250 du trépan de forage par électroconcassage 114 ou l’électrode 212 et la couronne de masse 250 du trépan de forage par électroconcassage 115 décrits respectivement ci-dessus en se référant aux FIGURES 2A et 2B. Les éléments de circuit individuels dans le circuit générant des impulsions 300 peuvent être sélectionnés sur la base des caractéristiques de fonctionnement, comme la tension, le courant et/ou la fréquence, de l’entrée de source d’énergie 302, et/ou des performances souhaitées du trépan de forage et/ou du circuit générant des impulsions. Par exemple, quand l’entrée de source d’énergie 302 fonctionne à une fréquence de 5 kilohertz (kHz), à un courant primaire combiné entre approximativement 4kA et 40 kA, et à une tension entre approximativement 1 kV et 15 kV, un condensateur 312 peut avoir une valeur située entre 4 microfarad (uF) et 2 millifarad (mF), et le condensateur 320 peut avoir une valeur située entre 70 nanofarad et (nF) et 150 nF. La conception et la configuration du circuit de transformateur 306 sont discutées en détail ci-dessous par rapport aux FIGURES 4 et 4A.

La FIGURE 4A est une vue latérale en coupe transversale d’un exemple de circuit de transformateur pour un système de forage par électroconcassage et/ou électrohydraulique de fond de puits, et la FIGURE 4B est une vue éclatée de celui-ci. Le circuit de transformateur 306 est un transformateur d’augmentation de tension qui comprend des enroulements primaires 316 et des enroulements secondaires 318 autour d’un noyau 406 au sein d’un logement 410. Les enroulements primaires 316 sont composés de multiples segments de fils configurés de manière concentrique avec les enroulements secondaires 318 pour former un transformateur à fuites qui fonctionne de la manière décrite ci-dessous. Un matériau isolant 412 peut être placé entre les enroulements primaires 316 et les enroulements secondaires 318 pour électriquement isoler les enroulements et empêcher les courts-circuits électriques entre les fils des enroulements. Le matériau isolant 412 peut comprendre n’importe quel matériau électriquement isolant, notamment ceux mentionnés ci3064666 dessous par rapport à la FIGURE 5.

Les enroulements primaires multi-segmentés 316 sont formés de segments de fils individuels enroulés autour d’un noyau 406. Les segments de fils des enroulements primaires 316 peuvent être placés côte à côte le long de la longueur du noyau 406. Les fils segmentés des enroulements primaires multi-segmentés 316 sont couplés à une source d’énergie commune, comme l’entrée de source d’énergie 302 de la FIGURE 3 par l’intermédiaire d’un circuit d’entrée, comme le circuit d’étage d’entrée 304 de la FIGURE 3. Comme décrit ci-dessus en se référant à la FIGURE 3, un courant alternatif provenant de l’entrée de source d’énergie passe à travers les enroulements primaires 316, de sorte que le courant crée un électromagnétisme variable (c’est-àdire, un flux magnétique) dans et autour des enroulements secondaires 318. Les enroulements primaires 316 comprennent un matériau électroconducteur, comme le cuivre, sous une forme solide ou creuse ayant une section transversale circulaire ou rectangulaire. Bien qu’il soit représenté que les enroulements primaires 316 sont configurés sous la forme d’un solénoïde sur les FIGURES 4A et 4B, les enroulements primaires 316 peuvent être configurés selon un autre agencement autour de 406.

Les enroulements secondaires 318 du circuit de transformateur 306 sont également enroulés autour du noyau 406 pour former un circuit de transformateur 306 avec les enroulements primaires 316. Les enroulements primaires 316 sont enroulés autour des enroulements secondaires 318 et du noyau 406, de sorte que les enroulements 316 et 318 sont concentriques l’un par rapport à l’autre. L’électromagnétisme créé par le passage du courant dans les enroulements primaires 316 induit un courant et une tension dans les enroulements secondaires 318 en raison de l’induction électromagnétique. Le courant et la tension créés dans les enroulements secondaires 318 alimentent d’autres éléments, comme le circuit d’étage de sortie 308 du circuit générant des impulsions 300 décrit ci-dessus par rapport à la FIGURE 3. Les enroulements secondaires 318 comprennent un matériau électroconducteur, comme le cuivre, sous une forme solide ou creuse ayant une section transversale circulaire ou rectangulaire. Bien que les enroulements secondaires 318 soient représentés situés à l’intérieur des enroulements primaires 316 sur la FIGURE 4A, les enroulements secondaires 318 peuvent être enroulés autour des enroulements primaires 316 et du noyau 406, de manière à ce que les enroulements 316 et 318 soient concentriques l’un par rapport à l’autre. Les enroulements secondaires 318 peuvent être configurés selon un agencement autour de 406 différent de la configuration solénoïde illustrée sur la FIGURE 4A.

Les enroulements primaires 316 et les enroulements secondaires 318 sont configurés pour former un transformateur d’augmentation qui transforme la tension d’entrée basse en tension de sortie plus élevée. La tension de sortie du circuit de transformateur 306 dépend en partie du rapport d’enroulements entre les enroulements primaires 316 et les enroulements secondaires 318. Les enroulements secondaires 318 comprennent un nombre plus élevé d’enroulements par rapport au nombre total d’enroulements dans les enroulements primaires 316. Par exemple, les enroulements secondaires 318 peuvent comprendre entre approximativement 8 à plus de 12 fois plus d’enroulements que les enroulements primaires 316. Le rapport plus élevé d’enroulements secondaires 318 par rapport aux enroulements primaires 316 transforme la tension d’entrée basse fournie par la source d’énergie du côté primaire du circuit de transformateur 306 en une tension de sortie plus élevée du côté secondaire du circuit de transformateur 306. L’augmentation de la tension de sortie du côté secondaire par rapport à la tension d’entrée du côté primaire est approximativement proportionnelle au rapport entre les enroulements primaires 316 et les enroulements secondaires 318. Par conséquent, le rapport entre les enroulements secondaires 318 et les enroulements primaires 316 permet au circuit de transformateur 306 de transformer la basse tension (par exemple, d’approximativement 1 kV à 15 kV) provenant de l’entrée de source d’énergie en une tension de sortie d’au moins 50 kV ou située entre approximativement 50 kV et 200 kV. La tension de sortie plus élevée peut être déchargée en environ 5 à 25 microsecondes pour créer les impulsions à haute énergie utilisées pour le forage par électroconcassage. Pour permettre un rapport plus élevé de spires, les enroulements primaires 316 peuvent être formés de davantage de segments de fils ayant moins de spires, ou les enroulements secondaires 318 peuvent être situés de manière concentrique à l’intérieur des enroulements primaires 316, de façon que davantage d’enroulements secondaires puissent être placés dans une plus petite en utilisant un minimum de matériau électroconducteur.

Les fils individuels des enroulements primaires 316 forment un enroulement primaire multisegmenté. Le courant provenant de l’entrée de source d’énergie passe à travers chaque segment de fil des enroulements primaires 316. Chaque segment de fil présente une impédance électrique qui s’oppose au passage du courant à travers le fil et varie en fonction du matériau, de la longueur, de la résistance, de la capacité et/ou d’autres attributs du fil. Les segments de fil des enroulements primaires 316 sont connectés en parallèle à une entrée de source d’énergie commune (par exemple, l’entrée de source d’énergie 302 de la FIGURE 3) par l’intermédiaire d’un circuit d’entrée, comme le circuit d’étage d’entrée 304 de la FIGURE 3. En disposant les fils en parallèle, l’impédance combinée pour les enroulements primaires 316 est réduite, de sorte que davantage de courant (par exemple, entre approximativement 4 kA et 40 kA) peut être fourni aux enroulements primaires 316 par rapport à un transformateur ayant des enroulements primaires non segmentés en raison de l’opposition réduite au passage du courant dans les fils. Le courant accru dans les enroulements primaires 316 permet d’obtenir une puissance de fonctionnement plus élevée en plus de créer un électromagnétisme accru qui permet d’obtenir une tension de sortie plus élevée de circuit de transformateur 306. En outre, l’impédance réduite des enroulements primaires 316 réduit la quantité de chaleur générée par le fonctionnement du circuit de transformateur 306, ce qui permet de réduire la perte d’énergie opérationnelle et d’améliorer l’efficacité de transfert d’énergie du circuit par rapport à un circuit de transformateur ayant des enroulements primaires non segmentés. Par conséquent, les enroulements primaires multi-segmentés 316 augmentent la plage de puissances de fonctionnement et améliorent l’efficacité du circuit de transformateur 306.

Le circuit de transformateur 306 est conçu sous la forme d’un transformateur à fuites pour réduire le diamètre du circuit générant des impulsions 300. Dans un transformateur à noyau fermé, le matériau du noyau est formé sous la forme d’un anneau pour concentrer l’électromagnétisme entre les enroulements. Au contraire, un transformateur à fuites, comme le circuit de transformateur 306 ayant un noyau 406, a une forme allongée ayant une section transversale étroite (par exemple, un cylindre ayant un diamètre situé entre approximativement 2 et 24 pouces ou 5 et 61 centimètres), de sorte que le circuit de transformateur 306 rentre dans un ensemble de fonds de puits (par exemple, Je BHA 128 décrit ci-dessus par rapport aux FIGURES 1 et 2) d’un trépan de forage (par exemple, les trépans de forage 114 et 115 décrits ei-dessus par rapport aux FIGURES 2A et 2B) utilisé pour forer un puits de forage dans une formation souterraine. Par conséquent, la conception à noyau ouvert permet au circuit de transformateur 306 d’avoir un plus petit diamètre qui facilite son placement en fond de puits.

Une conception à noyau ouvert peut diminuer le couplage électromagnétique entre les enroulements primaires 316 et les enroulements secondaires 318 par rapport à une conception à noyau fermé. Par conséquent, le placement des enroulements primaires 316 et des enroulements secondaires 318 est sélectionné pour renforcer le couplage électromagnétique entre les enroulements. Les enroulements primaires 316 sont enroulés autour des enroulements secondaires 318 d’une manière concentrique. Comme expliqué ci-dessus, l’électromagnétisme créé par le passage du courant dans les enroulements primaires 316 induit un courant et une tension dans les enroulements secondaires 318 en raison de l’induction électromagnétique. Une partie de Γélectromagnétisme créé du côté primaire est perdue en raison des matériaux proches des enroulements 316 et 318 et de l’espacement entre les enroulements 316 et 318. Pour réduire cette perte, les enroulements 316 et 318 peuvent être placés très proches l’un de l’autre (par exemple, à environ 3 à 20 millimètres) pour augmenter le couplage électromagnétique entre les enroulements. Le couplage électromagnétique peut être exprimé sous la forme d’un coefficient de couplage, un nombre fractionnaire situé entre 0 et 1, un coefficient de couplage bas représentant un couplage électromagnétique bas et un coefficient de couplage élevé représentant un couplage électromagnétique élevé. Plus le coefficient de couplage est élevé, plus le courant et la tension induits dans les enroulements secondaires 318 sont élevés. Le placement des enroulements 316 et 318 à l’intérieur du circuit de transformateur 306 peut donner un coefficient de couplage situé entre approximativement 0,4 et 0,8. L’augmentation du couplage électromagnétique entre les enroulements primaires 316 et les enroulements secondaires 318 peut réduire la perte électromagnétique entre les enroulements et ainsi améliorer le rendement de fonctionnement du circuit de transformateur 306. La grande proximité entre les enroulements 316 et 318 peut également aider à maintenir un- diamètre pour le circuit de transformateur 306 qui rentre à l’intérieur d’un ensemble de fonds de puits (par exemple, le BHA 128 décrit ci-dessus par rapport aux FIGURES 1 et 2).

Le circuit de transformateur 306 peut être un transformateur à noyau d’air à noyau ouvert qui ne comprend aucun matériau magnétique ajouté. C’est-à-dire que l’espace entre les enroulements 316 et 318 peut être rempli d’âir“ôïï d’un autre matériau non ferromagnétique de façon que le circuit de transformateur 306 ait une conception à noyau d’air. La conception à noyau d’air du circuit de transformateur 306 aide à éviter la saturation commune à un matériau de noyau magnétique et la variabilité provoquée par l’effet des conditions extrêmes de fonctionnement en fond de puits sur les performances du matériau du noyau.

Le noyau 406 du circuit de transformateur 306 est situé au niveau ou à proximité du centre des enroulements concentriques 316 et 318. Les enroulements primaires 316 sont enroulés autour des enroulements secondaires 318, et les deux enroulements sont enroulés autour du noyau 406. En raison de son placement hors (et non entre les enroulements) des enroulements concentriques, le noyau 406 ne fait pas partie du circuit magnétique formé entre les enroulements primaires 316 et les enroulements secondaires 318. Le noyau 406 affecte encore le couplage électromagnétique entre les enroulements 316 et 318 à cause de sa proximité et de son placement par rapport aux enroulements. Par exemple, le noyau 406 peut concentrer un flux magnétique de frange (c’est-à-dire l’électromagnétisme de frange qui se trouve hors du circuit magnétique formé entre les enroulements primaires 316 et les enroulements secondaires 318) le long du diamètre interne du circuit de transformateur 306. La concentration du flux magnétique de frange à proximité du centre du circuit de transformateur 306 peut réduire la quantité de flux magnétique de frange qui est perdue quand le flux est intercepté et se dissipe à travers d’autres composants de fond de puits. La réduction du flux dans d’autres composants de fond de puits peut améliorer le couplage électromagnétique entre les enroulements 316 et 318, et donc le rendement de fonctionnement du circuit de transformateur 306. Comme pour l’espace entre les enroulements primaires 316 et les enroulements secondaires 318 décrit ei-dessus, le noyau 406 peut être rempli d’air ou d’un autre matériau non ferromagnétique. Cependant, le noyau 406 peut également comprendre un matériau de noyau magnétique supplémentaire pour aider à attirer le flux magnétique de frange le long du diamètre interne du circuit de transformateur 306. Les risques de saturation pour un matériau magnétique à l’intérieur du noyau 406 sont éliminés car le noyau 406 subit moins le flux électromagnétique que le cirque magnétique entre les enroulements primaires 316 et les enroulements secondaires 318, et le flux électromagnétique n’est pas stocké dans la configuration à noyau ouvert. Le noyau supplémentaire ajouté au noyau 406 peut être sélectionné de façon à avoir une plus faible variabilité en réponse aux conditions extrêmes de fonctionnement en fond de puits. Par exemple, un matériau de noyau supplémentaire préféré comprend un alliage de cobalt-fer, comme le supermendur, qui peut comprendre approximativement quarante-huit pour cent de cobalt, approximativement quarante-huit pour cent de fer, et approximativement deux pour cent de vanadium en poids. Le matériau supermendur maintient sa perméabilité relativement élevée sur une vaste plage de températures (par exemple, d’approximativement 10 à 200 degrés centigrades), et résiste donc aux températures élevées d’un environnement de fond de puits. Le matériau de noyau supplémentaire peut également comprendre un matériau de ferrite, un matériau magnétique stratifié en bande ayant une température de Curie de 200 degrés centigrades ou plus, le Metglas®, qui comprend un ruban fin d’alliage métallique amorphe qui peut être magnétisé et démagnétisé, ou un autre matériau à perméabilité magnétique élevée qui maintient sa perméabilité magnétique sur une plage de températures de fond de puits (par exemple, d’approximativement 10 à 200 degrés centigrades) comme le Silectron™ (par exemple, un matériau d’acier au silicium composé d’approximativement 3 % d’acier au silicium et de 97 % de fer) et le Supermalloy™ (par exemple, composé d’approximativement 80 % de nickel-fer et d’approximativement 20 % d’un alliage de fer).

Les diverses caractéristiques de conception du circuit de transformateur 306 permettent au circuit de fonctionner à un niveau de puissance élevée tout en s’adaptant encore physiquement aux limites étroites d’un puits de forage. Par exemple, les enroulements primaires multi-segmentés 316 aident à réduire l’impédance du côté entrée du circuit de transformateur 306, de sorte que davantage de courant d’entrée peut passer à travers le circuit. Les enroulements primaires multi-segmentés 316 réduisent simultanément la perte d’énergie opérationnelle, ce qui permet d’améliorer le rendement de fonctionnement du circuit. Un rapport plus élevé entre les enroulements secondaires 318 et les enroulements primaires 316 augmente la tension d’entrée basse vers une tension de sortie plus élevée qui est utilisée pour générer des impulsions à haute énergie pour un forage par électroconcassage ou électrohydraulique. Le circuit de transformateur 306 peut être configuré avec un diamètre étroit en raison de sa conception à noyau ouvert avec des enroulements primaires et secondaires concentriques. La conception à noyau d’air du circuit de transformateur 306 élimine le risque de saturation commune à un matériau de noyau magnétique et la variabilité provoquée par l’effet des conditions extrêmes de fonctionnement en fond de puits sur les performances du matériau du noyau. Un matériau de noyau magnétique supplémentaire peut être ajouté au noyau 406, hors du circuit magnétique du transformateur, pour concentrer le flux magnétique de frange loin des autres composants de fond de puits, pour ainsi réduire la perte de flux magnétique de frange et le rendement de fonctionnement du circuit de transformateur 306.

Le circuit de transformateur 306 peut être physiquement dimensionné pour rentrer dans un outil de fond de puits. La taille physique du circuit de transformateur 306 peut dépendre de la taille du noyau 406, du nombre et de la taille des enroulements primaires 316 et des enroulements secondaires 318, de l’espacement entre les enroulements primaires 316 et les enroulements secondaires 318, des dimensions du logement 410, et de l’agencement et/ou de l’espacement des enroulements primaires 316 et des enroulements secondaires 318 au sein du logement 410. La longueur (le long de l’axe X sur la FIGURE 4A) du circuit de transformateur 306 peut varier inversement avec la largeur (le long de l’axe Y de la FIGURE 4A) du circuit de transformateur 306. Quand le circuit de transformateur 306 est fabriqué plus étroit pour rentrer dans des puits de forage ayant des diamètres plus petits, la longueur du circuit générant des impulsions 300 peut augmenter pour loger les matériaux et les composants composant le circuit. À l’inverse, la longueur du circuit générant des impulsions 300 peut être diminuée en augmentant la largeur du circuit générant des impulsions 300. La longueur du circuit de transformateur 306 peut être située entre approximativement 3 et 25 pieds (entre approximativement 1 et 8 mètres) et le diamètre du circuit peut être situé entre approximativement 4 et 20 pouces (entre approximativement 10 et 51 centimètres).

Le circuit générant des impulsions 300 peut être encapsulé dans un matériau isolant à des fins de protection contre l’environnement dur de fond de puits et pour faciliter la dissipation de la chaleur générée par le circuit. La FIGURE 5 est une vue de dessus en coupe transversale d’un exemple d’outil à énergie pulsée pour un système de forage par électroconcassage et/ou électrohydraulique de fond de puits. L’outil à énergie pulsée 230 comprend le circuit générant des impulsions 300, le circuit représenté sur la FIGURE 3. Le circuit générant des impulsions 300 peut avoir une forme et des dimensions lui permettant de rentrer à l’intérieur de la section transversale circulaire de l’outil à énergie pulsée 230, lequel, comme décrit ci-dessus en se référant aux FIGURES 2A et 2B, peut former une partie du BHA 128. Le circuit générant des impulsions 300 peut être enfermé à l’intérieur d’un encapsulant 510 qui comprend un matériau thermoconducteur pour protéger le circuit générant des impulsions 300 contre la vaste plage de températures (par exemple, d’approximativement 10 à 200 degrés centigrades) à l’intérieur du puits de forage. Par exemple, l’encapsulant 510 peut comprendre l’APTEK® 2100-A/B, qui est un système électriquement isolant à base d’uréthane non chargé à deux composants pour l’imprégnation et l’encapsulation des composants électroniques, et présente une conductivité thermique d’approximativement 170mW/mK. L’encapsulant 510 peut comprendre un ou plusieurs autres matériaux thermoconducteurs ayant une rigidité diélectrique supérieure à approximativement 350 volt/mil (par exemple, supérieure à approximativement 13 780 volts/millimètre) et une capacité de température supérieure à approximativement 120 degrés centigrades, comme 1ΌΕ-6636 et l’OE6550 de DOW CORNING®, et le film de polyimide de Kapton®. L’encapsulant 510 touche une paroi externe d’un ou de plusieurs canaux de fluide 234. Comme décrit ci-dessus en se référant à la FIGURE 1, le fluide de forage 122 passe à travers des canaux internes (par exemple, les canaux de fluide 234) du train de forage 108 quand le fluide de forage est pompé vers le bas à travers un train de forage. L’encapsulant 510 peut transférer la chaleur générée par le circuit générant des impulsions 300 au fluide de forage qui passe à travers les canaux de fluide 234. L’encapsulant 510 peut également isoler le circuit générant des impulsions 300 de la chaleur générée par les autres composants de fond de puits. Par conséquent, l’encapsulant 510 peut empêcher que le circuit générant des impulsions 300 surchauffe jusqu’à une température qui dégrade la perméabilité relative de noyau des noyaux des bobines d’induction dans le circuit générant des impulsions 500.

La figure 6 illustre un schéma de procédé d’un exemple de procédé pour forer un puits de forage.

Le procédé 600 peut commencer et à l’étape 610 un trépan de forage par électroconcassage ou électrohydraulique peut être placé en fond de puits dans un puits de forage. Par exemple, le trépan de forage 114 peut être placé en fond de puits dans le puits de forage 116 comme représenté sur la FIGURE 1.

À l’étape 620, une énergie électrique est fournie au circuit générant des impulsions couplé à une première électrode et une seconde électrode du trépan de forage. La première électrode peut être l’électrode 208, 210, ou 212 et la seconde électrode peut être la couronne de masse 250 décrites ci-dessus par rapport aux FIGURES 2A et 2B. Par exemple, comme décrit ci-dessus en se référant à la FIGURE 3, le circuit générant des impulsions 300 peut être implémenté à l’intérieur de l’outil à énergie pulsée 230 des FIGURES 2A et 2B. Et comme décrit ci-dessus en se référant aux FIGURES 2A et 2B, l’outil à énergie pulsée 230 peut recevoir une énergie électrique provenant d’une source d’énergie située en surface, provenant d’une source d’énergie située en fond de puits, ou provenant d’une combinaison d’une source d’énergie située en surface et d’une source d’énergie située en fond de puits. L’énergie peut être fournie en fond de puits au circuit générant des impulsions 300 à l’aide d’un câble, comme le câble 220 décrit ci-dessus par rapport aux FIGURES 2A et 2B. L’énergie peut être fournie au circuit générant des impulsions 300 à l’intérieur de l’outil à énergie pulsée 230 au niveau de l’entrée de source d’énergie 302.

À l’étape 630, le circuit générant des impulsions convertit l’énergie électrique provenant de la source d’énergie en impulsions électriques à haute énergie pour utiliser le trépan de forage par électroconcassage. Par exemple, comme décrit ci-dessus en se référant à la FIGURE 3, le circuit générant des impulsions 300 peut comprendre un circuit d’étage d’entrée 304, un circuit de transformateur 306, et un circuit d’étage de sortie 308. Le circuit générant des impulsions 300 augmente l’entrée de basse tension en une sortie à haute tension qui est utilisée pour créer des impulsions à haute énergie pour le système de forage. Par exemple, le circuit générant des impulsions peut utiliser un rapport plus élevé entre les enroulements secondaires et les enroulements primaires dans le circuit de transformateur pour convertir une entrée de source d’énergie à basse tension (par exemple, d’approximativement 1 kV à 15 kV) en impulsions électriques à haute énergie capables d’appliquer au moins 50 kV ou entre approximativement 50 kV et 200 kV à travers les électrodes du trépan de forage.

À l’étape 640, un arc électrique peut être formé entre les deux électrodes du trépan de forage. Par exemple, un arc électrique peut être formé entre l’électrode 208 ou 210 et la couronne de masse 250 du trépan de forage par électroconcassage 114 illustré sur la FIGURE 2A ou l’électrode 212 et la couronne de masse 250 du trépan de forage par électroconcassage 115 illustré sur la FIGURE 2B.

Et à l’étape 650, un condensateur dans un circuit d’étage de sortie peut se décharger par l’intermédiaire de l’arc électrique. Par exemple, quand la tension à travers le condensateur 320 du circuit d’étage de sortie 308 augmente pendant l’étape 630, la tension à travers la première électrode et la seconde électrode augmente également. Comme décrit ci-dessus en se référant aux FIGURES 1 et 2, quand la tension à travers les deux électrodes (par exemple, l’électrode 208 et la couronne de masse 250 illustrés sur la FIGURE 3) devient suffisamment élevée, un arc peut se former à travers une formation rocheuse qui est en contact avec ou à proximité des électrodes. L’arc peut fournir un court-circuit électrique temporaire entre l’électrode 208 et la couronne de masse 250, et peut donc décharger, à un niveau élevé de courant, la tension accumulée dans le condensateur 320 illustré sur la FIGURE 3.

À l’étape 660, la formation rocheuse à une extrémité du puits de forage peut être fracturée avec l’arc électrique. Par exemple, comme décrit ci-dessus en se référant aux FIGURES 1 et 2, l’arc augmente énormément la température de la partie de la formation rocheuse à travers laquelle l’arc passe et de la formation et des matériaux environnants. La température est suffisamment élevée pour vaporiser l’eau ou d’autres fluides qui peuvent être touchés par l’arc ou être à proximité de l’arc et peut également vaporiser une partie de la roche elle-même. Le processus de vaporisation crée un gaz à haute pression qui se dilate et, à son tour, fracture la roche environnante.

À l’étape 670, la roche fracturée peut être éliminée à partir de l’extrémité du puits de forage. Par exemple, comme décrit ci-dessus en se référant à la FIGURE 1, le fluide de forage pour électroconcassage 122 peut déplacer la roche fracturée loin des électrodes et en haut de puits à partir du trépan de forage. Comme décrit ci-dessus par rapport aux FIGURES 2A et 2B, le fluide de forage pour électroconcassage 122 et la roche fracturée peuvent passer à l’écart des électrodes à travers les passages 260 se trouvant dans le trépan de forage. Ensuite, le procédé 700 peut s’achever.

Le procédé 700 peut être soumis à des modifications, des additions ou des omissions sans s’écarter de la portée de la divulgation. Par exemple, l’ordre des étapes peut être différent de celui qui a été décrit et certaines étapes peuvent être réalisées en même temps. En outre, chaque étape individuelle peut comprendre des étapes supplémentaires sans s’écarter de la portée de la présente divulgation. Les modes de réalisation divulgués dans le présent document comprennent :

A. Un système de forage de fond de puits comprenant un circuit générant des impulsions électriquement couplé à une source d’énergie configurée pour fournir un courant alternatif à une fréquence et une tension d’entrée, le circuit générant des impulsions comprenant un circuit d’étage d’entrée électriquement couplé à la source d’énergie, le circuit d’étage d’entrée étant configuré pour réguler le courant alternatif dans le circuit générant des impulsions ; un circuit de transformateur électriquement couplé au circuit d’étage d’entrée, le circuit de transformateur comprenant un transformateur à fuites configuré pour générer une tension de sortie supérieure à la tension d’entrée ; et un circuit d’étage de sortie électriquement couplé au circuit de transformateur, le circuit d’étage de sortie étant configuré pour stocker de l’énergie pour une impulsion électrique ; et un trépan de forage comprenant une première électrode et une seconde électrode électriquement couplées au circuit d’étage de sortie pour recevoir l’impulsion électrique provenant du circuit générant des impulsions.

B. Un procédé comprenant la fourniture d’un courant alternatif et d’une tension d’entrée provenant d’une source d’énergie à une fréquence à un circuit générant des impulsions électriquement couplé à un trépan de forage situé en fond de puits dans un puits de forage ; la génération d’une impulsion électrique avec le circuit générant des impulsions, l’impulsion électrique étant stockée dans un condensateur de sortie et générée à la fréquence par un transformateur à fuites, la formation d’un arc électrique entre une première électrode et une seconde électrode du trépan de forage, la première électrode et la seconde électrode étant électriquement couplées au condensateur de sortie ; la décharge du condensateur de sortie par l’arc électrique ; la fracturation d’une formation rocheuse à une extrémité du puits de forage avec l’arc électrique ; et l’élimination de la roche fracturée à partir de l’extrémité du puits de forage.

Chaque mode de réalisation A et B peut présenter un ou plusieurs des éléments supplémentaires suivants dans n’importe quelle combinaison : Élément 1 : dans lequel le circuit d’étage d’entrée comprend un condensateur ; et un commutateur couplé au condensateur, le commutateur étant configuré pour ouvrir et fermer un trajet électrique entre le condensateur et le circuit de transformateur, le courant alternatif provenant de la source d’énergie passant vers le circuit de transformateur quand le trajet électrique est fermé. Élément 2 : dans lequel le circuit de transformateur comprend en outre une pluralité d’enroulements primaires électriquement couplés au circuit d’étage d’entrée ; et une pluralité d’enroulements secondaires concentriques par rapport aux enroulements primaires et couplés de manière électromagnétique aux enroulements primaires, les enroulements primaires et secondaires formant le transformateur à fuites. Élément 3 : dans lequel le transformateur à fuites est configuré en outre sous la forme d’un transformateur à noyau d’air ne contenant aucun matériau ferromagnétique. Élément 4 : dans lequel les enroulements primaires sont composés d’une pluralité de fils segmentés couplés au circuit d’étage d’entrée. Élément 5 : dans lequel les enroulements primaires et secondaires sont enroulés autour d’un noyau. Élément 6 : dans lequel le noyau concentre un flux magnétique de frange des enroulements primaires et secondaires. Élément 7 : dans lequel la fréquence est inférieure à 100 MHz. Élément 8 : dans lequel l’impulsion électrique provenant du circuit générant des impulsions applique une tension d’au moins 50 kV à travers les deux électrodes. Élément 9 : dans lequel le trépan de forage est intégré dans un ensemble de fond de puits. Élément 10 : dans lequel le trépan de forage est l’un parmi un trépan de forage d’électroconcassage et un trépan de forage électrohydraulique. Élément 11 : dans lequel l’une des deux électrodes est une couronne de masse. Élément 12 : dans lequel le circuit générant des impulsions comprend un circuit d’étage d’entrée électriquement couplé à la source d’énergie, le circuit d’étage d’entrée étant configuré pour réguler le courant alternatif dans le circuit générant des impulsions ; un circuit de transformateur électriquement couplé au circuit d’étage d’entrée, le circuit de transformateur comprenant le transformateur à fuites configuré pour générer une tension de sortie supérieure à la tension d’entrée avec le transformateur d’augmentation de tension ; et un circuit d’étage de sortie électriquement couplé au circuit de transformateur, le circuit d’étage de sortie étant configuré pour stocker une énergie provenant de la tension de sortie.

Les modes de réalisation décrits dans la présente divulgation sont destinés à être utilisés dans un forage par électroconcassage et/ou électrohydraulique, et la référence à l’une ou l’autre forme de forage dans la divulgation ci-dessus n’est pas destinée à limiter l’applicabilité du mode de réalisation à cette forme particulière de forage. Bien que la présente divulgation ait été décrite avec plusieurs modes de réalisation, divers changements et diverses modifications peuvent être suggérés par un spécialiste du domaine. Il est prévu que la présente divulgation englobe ces divers changements et ces diverses modifications dans la portée des revendications annexées.

Claims (13)

1. LES REVENDICATIONS PORTENT SUR CE QUI SUIT :

   1. Système de forage de fond de puits (100), comprenant :

   un circuit générant des impulsions (300) électriquement couplé à une source d’énergie (140) configurée pour fournir un courant alternatif à une fréquence et une tension d’entrée, le circuit générant des impulsions comprenant :

   un circuit d’étage d’entrée (304) électriquement couplé à la source d’énergie, le circuit d’étage d’entrée étant configuré pour réguler le courant alternatif dans le circuit générant des impulsions ;

   un circuit de transformateur (306) électriquement couplé au circuit d’étage d’entrée, le circuit de transformateur comprenant un transformateur à fuites configuré pour générer une tension de sortie supérieure à la tension d’entrée ; et un circuit d’étage de sortie (308) électriquement couplé au circuit de transformateur, le circuit d’étage de sortie étant configuré pour stocker de l’énergie pour une impulsion électrique ; et un trépan de forage (114, 115) comprenant une première électrode (208, 210, 212) et une seconde électrode (250) électriquement couplées au circuit d’étage de sortie pour recevoir l’impulsion électrique provenant du circuit générant des impulsions.
2. 2. Système de forage de fond de puits (100) selon la revendication 1, dans lequel le circuit d’étage d’entrée (304) comprend :

   un condensateur (312) ; et un commutateur (314) couplé au condensateur, le commutateur étant configuré pour ouvrir et fermer un trajet électrique entre le condensateur et le circuit de transformateur (306), le courant alternatif provenant de la source d’énergie (140) passant vers le circuit de transformateur quand le trajet électrique est fermé.
3. 3. Système de forage de fond de puits (100) selon les revendications 1 ou 2, dans lequel le circuit de transformateur (306) comprend en outre :

   une pluralité d’enroulements primaires (316) électriquement couplés au circuit d’étage d’entrée (304), les enroulements primaires sont éventuellement composés d’une pluralité de fils segmentés couplés au circuit d’étage d’entrée ; et une pluralité d’enroulements secondaires (318) concentriques par rapport aux enroulements primaires et couplés de manière électromagnétique aux enroulements primaires, les enroulements primaires et secondaires formant le transformateur à fuites qui est éventuellement un transformateur à noyau d’air ne contenant aucun matériau ferromagnétique.
4. 4. Système de forage de fond de puits (100) selon la revendication 3, dans lequel :

   les enroulements primaires et secondaires (316, 318) sont enroulés autour d’un noyau (406) ; et le noyau concentre un flux magnétique de frange des enroulements primaires et secondaires.
5. 5. Système de forage de fond de puits (100) selon les revendications 1 ou 2, dans lequel la fréquence est inférieure à 100 MHz.
6. 6. Système de forage de fond de puits (100) selon les revendications 1 ou 2, dans lequel l’impulsion électrique provenant du circuit générant des impulsions (300) applique une tension d’au moins 50 kV à travers les deux électrodes (208, 210, 212 ; 250).
7. 7. Procédé (600) de forage de fond de puits comprenant :

   la fourniture (620) d’un courant alternatif et d’une tension d’entrée provenant d’une source d’énergie (140) à une fréquence à un circuit générant des impulsions (300) électriquement couplé à un trépan de forage (114, 115) situé en fond de puits dans un puits de forage (116) ; le circuit générant des impulsions comprenant :

   un circuit d’étage d’entrée (304) électriquement couplé à la source d’énergie, le circuit d’étage d’entrée étant configuré pour réguler le courant alternatif dans le circuit générant des impulsions ;

   un circuit de transformateur (306) électriquement couplé au circuit d’étage d’entrée, le circuit de transformateur comprenant le transformateur à fuites configuré pour générer une tension de sortie supérieure à la tension d’entrée avec le transformateur d’augmentation de tension ; et un circuit d’étage de sortie (308) électriquement couplé au circuit de transformateur, le circuit d’étage de sortie étant configuré pour stocker une énergie provenant de la tension de sortie ;

   le procédé comprenant également :

   la génération (630) d’une impulsion électrique avec le circuit générant des impulsions, l’impulsion électrique étant stockée dans un condensateur (312) de sortie et générée à la fréquence par un transformateur à fuites, la formation (640) d’un arc électrique entre une première électrode (208, 210, 212) et une seconde électrode (250) du trépan de forage, la première électrode et la seconde électrode étant électriquement couplées au condensateur de sortie ;

   la décharge (650) du condensateur de sortie par l’arc électrique ;

   la fracturation (660) d’une formation rocheuse à une extrémité du puits de forage avec l’arc électrique ; et l’élimination (670) de la roche fracturée à partir de l’extrémité du puits de forage.
8. 8. Procédé (600) selon la revendication 7, dans lequel le circuit d’étage d’entrée (304) comprend :

   un condensateur (312) ; et un commutateur (314) couplé au condensateur, le commutateur étant configuré pour ouvrir et fermer un trajet électrique entre le condensateur et le circuit de transformateur (306), le courant alternatif provenant de la source d’énergie (140) passant vers le circuit de transformateur quand le trajet électrique est fermé.
9. 9. Procédé (600) selon la revendication 7, dans lequel le circuit de transformateur (306) comprend :

   une pluralité d’enroulements primaires (316) électriquement couplés au circuit d’étage d’entrée (304), les enroulements primaires sont composés éventuellement d’une pluralité de fils segmentés couplés au circuit d’étage d’entrée ; et une pluralité d’enroulements secondaires (318) concentriques par rapport aux enroulements primaires et couplés de manière électromagnétique aux enroulements primaires, les enroulements primaires et secondaires formant le transformateur à fuites.
10. 10. Procédé (600) selon la revendication 9, dans lequel :

    5 les enroulements primaires et secondaires (316, 318) sont enroulés autour d’un noyau (406) ; et le noyau concentre un flux magnétique de frange des enroulements primaires et secondaires.
11. 11. Procédé (600) selon la revendication 7, dans lequel la fréquence est inférieure à

    10 100 MHz.
12. 12. Procédé (600) selon la revendication 7, dans lequel l’impulsion électrique provenant du circuit générant des impulsions (300) applique une tension d’au moins 50 kV à travers la première électrode (208, 210, 212) et la seconde
13. 15 électrode (250).